20 September 1980
SA
MEDIESE TYDSKRIF 495OOl'sigal'likel
Katesjolestrogene
A.
C. NEETHLING,
J. J.
F.
TALJAARD
SUMMARY
Hydroxylation of oestrogens in the 2 or 4 positions leads
t~ the formation of catechol oestrogens. These compounds are physiologically active in animals, especially in the
contr~1of gonadotropin secretion. Physiological activity can be ascribed to either an oestrogenic action or interaction with the catecholaminergic systems. These compounds are also formed in human subjects. Surprisingly high levels are found in the urine. The peri-ovulatory peak in urinary catechol oestrogen excretion is compatible with a role for these com~undsin the control of gonadotropin secretion.
word tans aanvaar dat die katesjoiestrogene ten minste kwantitatief met die klassieke estrogene, naamlik estroon, estradiol en estriol, vergelyk kan word.
BIOSINTESE VAN KATESJOLESTROGENE
Die omsetting van estrogene na katesjolestrogene word deur die mikrosomale ensiem, estrogeen-2-hidroksilase, gekataliseer. Soos in die geval van ander steroledoksidases is die reaksie afhanklik van molekulere suurstof, niko-tinamied-adenien-dinukleotied (NADPH) en die si to-ehroom P,,,,-elektrontransportsisteem.' In vitro-vormingvan katesjolestrogene word dus onderdruk deur
koolstof-Afb. 1. Strukturele verwantskap tussen estrogene, kate-sjolestrogene en katesjolamiene.
monoksied en SKF-525, beide bekende inhibeerders van die sitpehroom P.wgemengde funksie-oksidases. Anders as in die geval van vele ander hidroksilasesisteme, lei be-handeling met fenobarbitoon of metielcholantreen nie tot 'n induktiewe verhoging van estrogeen-2-hidrosilase-aktiwi-teit nie.'
Die ensiemaktiwiteit word hoofsaaklik deur twee metodes bepaal. Een tegniek maak gebruik van die ensi-matiese hidroksilering van radioaktiewe 2-['H]-estradiol. Die enigste meganisme wat tot die vorming van getriti-eerde water kan lei, is 2-hidroksilasie van 2-rH]-estradiol. Bepaling van die hoeveelheid gevormde getritieerde water dien dus as 'n indeks van die ensiemaktiwiteit.° 'n Tweede bepalingsmetode maak gebruik van die meti1ering van die produkte van estrogeen-2-hidroksilase-aksie met behulp van die ensiem katesjol-O-metieltransferase en met radio-aktiewe ['H]-S-adenosielmetionien as metieldonor. Die radioaktiewe metoksikatesjolestrogene word vervolgens met dunlaagehromatografie gesuiwer en die radioaktiwiteit word bepaal.6
Beide tegnieke is met vrug gebruik om die vorming van katesjolestrogene in verskillende organe en
o
OH
~",«?"
4-Hidroksiistradiol (R:OH) 4-HidrollsiestroGn (R::O)OH
Estrial Ram
HOW
Oopamien EsIIDon@£'"'
HO¥
OH
Estudiol 2-Hidtoksiestradiol (R=OH) 2-:'idroksiestroon (R= 0)OH
"'~
Departement Chemiese Patologie, Universiteit van Stellen-bosch, ParowvalJei, KP
A. C. NEETHLI lC,M.SC., PH.D.
J.
J. F. TALJAARD,M.B. CH.B., M.D. Ontv.ngsd.tum: 9 I.nu.rie 1980.S. Air. med. J.o 58, 495 (1980).
Die metabolisme van estradiol (Afb. la) word gewoonlik in standaardhandboeke weergegee as 'n oksidasie van die l7-hidroksigroep van estradiol om estroon (Afb. lb) te vorm. 'n Tweede belangrike reaksie is die hidroksilering van posisie 16 van estradiol om estriol (Afb. le) te vorm. Hierdie' verbindings word dan hoofsaaklik as sulfaat- en glukoroniedkonjugate in die urien uitgeskei. Dit is egter al sedert 1960 bekend dat 2-hidroksiderivate (Afb. Id) van estradiol en estroon ook in die urien voorkom.' Omdat die A-ring van hierdie verbindings struktureel soortgelyk is aan die katesjolring van die katesjolamiene; soos byvoorbeeld dopamien (Afb. le), staan die 2- of 4-hidroksiderivate (Afb If) van estrogene ook as kate-sjolestrogene bekend.
Een van die belangrikste redes waarom relatief min
aandag tot op hede aan hierdie groep verbindings geskenk is, is die feit dat katesjolestrogene baie labiel is en maklik oksidatiewe ontbinding ondergaan as die nodige voorsorg-maatreels nie getref word nie. Tydens ehromatografiese manipulasie van die verbindings kan analitiese verliese so veel as 100% bedra. Nuwe ehemiese sinteses van hierdie verbindings het daartoe bygedra dat katesjolestrogene meer vryelik bekombaar is en teen 'n hoe spesifieke aktiwiteit met tritium radioaktief gemerk kan word. Met die sensitiewe bepalingsmetodes wat hieruit voortgevloei het, het dit nou duidelik geword dat 2-hidroksilasie van estrogene van groot belang kan wees.' Die sogenaamde totale urinere estrogeenvlakke, soos deur roetine- kliniese ehemieprosedures bepaal, verteenwoordig slegs ongeveer 20% van die metaboliete van endogene estradiol. Daar
496 SA' MEDICAL JOURNAL 20 September 1980
spesies te bestudeer, en hoewel die resultate kwantitatief moeilik vergelykbaar is, lewer beide metodes kwalitatief dieselfde result ate.
Vergelykende studies van die ensiemaktiwiteit in ver-skillende organe van die rot het getoon dat die lewer verreweg die hoogste konsentrasie van die ensiem bevat. 'n Interessante bevinding is dat die brein ook beduidende vlakke van die ensiem bevat, hoewel dit heelwat laer is as in die lewer.'·· Wat die bevindinge ten opsigte van die brein van groot potensiele belang maak, is die feit dat die hipotalamus hoer aktiwiteit as die res van die brein toon. Bogenoemde bevindinge in die rot is in 'n groot mate ook in menslike fetale materiaal verkry.'··
IN VIVO-EFFEKTE
VAN
KATESJOLESTROGENE
Die relatief hoer aktiwiteit van estrogeen-2-hidroksilase in die hipotalamus, 'n breinarea waar estrogene bekende neuroendokriene funksies vervul, het gelei tot verdere ondersoeke na 'n moontlike fisiologiese rol vir katesjol-estrogene, veral ten opsigte van neuroendokriene regulasie van gonadotropienvrystelling. In rotmannetjies en -wyfies het katesjolestrogene 'n baie duidelike verhoging in luteo-tropien (LH)-vrystelling vanaf die hipofise tot gevolg ge-had. Verhogings van tot 7 keer hoer as basale vlakke is binne 'n paar uur na toediening van 2-hidroksi'estroon, kwantitatief die belangrikste katesjolestrogeen, gevind.··lO
Katesjolestrogene bewerkstellig nie, soos estradiol self, 'n negatiewe terugvoerinhibisie van LH-sekresie nie, maar stimuleer wel LH-vrystelling. Daar kan dus gespekuleer word dat estradiol self verantwoordelik is vir die nega-tiewe beheerkomponent van gonadotropienvrystelling, maar dat katesjolestrogene die positiewe komponent van gonadotropienvrystelling bemiddeL" Studies op miniatuur~ varke van die Gbttingen-ras het getoon dat katesjolestro-geeninplantering in die amigdala tot verlaagde LH-vrystelling lei.12
Net soos estradiol kan 2-hidroksiestradiol seksuele gedrag in geovariektomiseerde wyfierotte hersteL13
'n Anti-estrogene werking van katesjolestrogene is in 'n gelsoleerde rothipotalamus-preparaat aangetoon, waar daar gevind is dat katesjolestrogene 'n estradiol-afhanklike verhoging in sikliese adenosien-3,5-monofosfaat (sAMP)-vlakke antagoniseer."
Daar bestaan dus heelwat bewyse dat katesjolestrogene moontIik 'n neuroendokriene rol in die rot vervuL In die geval van die mens is bewyse vir 'n soortgelyke funksie egter afwesig. In 'n vroeere studie, waar 2-hidroksiestroon met behulp van 'n omslagtige dubbelisotoopderivaat-metode bepaal is, is gevind dat urinere 2-bidroksiestroon-vlakke, net soos totale urinere estrogeen2-bidroksiestroon-vlakke, 'n piek-uitskeiding tydens die peri-ovulatoriese fase van die men-struele siklus bereik." Meer onlangs is radio-immunoessais vir die verbindings ontwikkel en bogenoemde bevindinge is gestaaf in die urien' en die bloed.'· Hoewel hierdie be-vindinge natuurlik nie as bewys vir 'n neuroendokriene rol van katesjolestrogene kan dien nie, is dit tog ver-soenbaar met 'n mid-siklus-rol in die beheer van gonado-tropienvrystelling. Bogenoemde bevindinge en die feit dat die nodige ensieme vir die vorming van katesjolestrogene
in fetale breine voorkom, is, sover bekend, al aanduidinge dat hierdie groep verbindings as neuroendokriene modu-leerders by die mens kan optree.
MOONTLIKE
MEGANISMES VAN
AKSIE
In die voorafgaande bespreking is voldoende bewys ge-lewer dat katesjolestrogene wel kandidate vir 'n fisio-logiese rol in estrogene of anti-estrogene aksie is, veral op die vlak van die sentrale senuweestelseL Twee moontlike meganismes van aksie vir die tipe verbindings word voor-gesteL Katesjolestrogene kan of as estrogene en/of anti-estrogene optree Of op een of ander wyse deur rniddel van die katesjol-A-ring 'n effek op katesjolaminergiese prosesse uitoefen. Wat eersgenoemde moontlikheid betref, is dit bekend dat estrogene via 'n sitoplasmatiese bindings-protelen, die sogenaamde estrogeenreseptor, na die selkern getranslokeer word. N a interaksie met die genetiese materiaal word estrogeen-spesifieke sellulere response uit-gelok. Katesjolestrogene het 'n relatief hoe affiniteit vir die estrogeenreseptor. Op 'n relatiewe skaal waarop estradiol, die aktiefste natuurlike estrogeen, 'n affiniteit van 100 toegeken word, toon die katesjolestrogene 4-hidroksiestradiol en 2-4-hidroksiestradiol affiniteite van 43 en 23 onderskeidelik. Hierdie affiniteite is in werklikheid hoer as die syfers van 10 en 11 wat aan estroon en estriol op dieselfde skaal toegeken word. Dit lyk dus asof katesjolestrogene volgens die klassieke meganisme van steroledhormoonaksie kan optree. Ongelukkig is d'aar nie 'n goeie korrelasie tussen bogenoemde bindingstudies en estrogene potensie in biologiese toetse gevind nie."
'n Ander meganisme waarvolgens die verbindings sou kon funksioneer is as moduleerders van die katesjolamin-ergiese neutrotransmissieprosesse. Katesjolestrogene kan katesjolamien-neurotransrnitterfunksie teoreties op die vlak van die selmembraan, of deur modulasie van die meta-bolisme en biosintese van katesjolamiene, belnvloed.
Katesjolestrogene word deur die ensiem katesjol-O-metieltransferase gemetileer. Verskillende ondersoeke in sisteme soos die lewer, hipotalamus en neuroblastoom-selkulture18 het aangetoon dat katesjolestrogene die
meti-lering van katesjolamiene kompetitief inhibeer. Sodanige inhibisie sal dus tot verhoogde katesjolarnienvlakke in die neuroendokriene areas van die brein kan lei. Aangesien dit welbekend is dat die katesjolarniene ten nouste ge-moeid is met die beheer van gonadotropienvrystelling, is dit 'n baie aanloklike hipotese dat inhibisie vankatesjol-O~ metieltransferase deur katesjolestrogene 'n meganisme is waarvolgens katesjolestrogenein vivo optree.
Tirosienhidroksilase is 'n sleutelensiem in die biosintese van katesjolarniene. Dit is bekend dat katesjolarniene· die ensiem inhibeer om sodoende outoregulering van kates-jolamienkonsentrasies te bewerkstellig. Hierdie inhibisie geskied deurdat die katesjolamiene met tetrahidrobiop-terien, die kofaktor van die reaksie, vir dieselfde binding-setel op die ensiem kompeteer. Onlangs is vasgestel dat katesjolestrogene volgens 'n soortgelyke meganisme inhi-bisie van tirosienhidroksilase bewerkstellig.19
As in ag geneem word dat die beskikbaarheid van tetrahidrobiop-terien op sigself 'n regulerende effek op die biosintese van
20 September 1980 SA MEDIESIi TYDSKRIF 497
In New Zealand, Brownlie et al. (N.Z. med. J., 1980, 91; 246) have observed what may prove to be yet another
It is quite common practice nowadays to find in a bottle hazard of married life. They have discovered 6 married of capsules a package of activated carbon or silicone gel couples with thyrotoxicosis, I couple with primary hypo-used to keep the capsules dry. It might seem difficult thyroidism, and 1 couple with well-differentiated thyroid to swallow this desiccant by accident, but this actually cancer. Although genetic predisposition to thyroid disease happened in 2 cases reported by Muhletaler et al. (1. is well accepted, the occurrence of thyroid disease in
A mer. med. Ass., 1980, 243, 1921). The mishap is liable married couples has received little comment. All the to happen to a nearsighted elderly person who cannot thyrotoxic patients responded to treatment. The mean readily distinguish the desiccant from the capsules. age at diagnosis was 60 years and the mean number of A 70-year-old woman had nausea and vomiting, shown years of marriage 28. The husbands developed thyro-by barium meal to be due to a square, fixed filling defect toxicosis before their spouses in 5 instances.
in the gastric antrum. Gastroscopy revealed a small desic- The hypothyroid patient was a man of 62, whose wife cant cylinder trapped between oedematous folds in the attended the clinic with him and was also found to have antrum. She had no idea' that she had swallowed this moderate hypothyroidism. There was no past history of object. Tn the second case, also in an older woman, the neck irradiation in the couple with differentiated thyroid foreign body was seen in the barium meal series, but cancer. who had married in 1947. The authors speculated appeared to be expelled by vomiting and was not later that there may have been a previous episode of painless
present. She also denied the accident. thyroiditis in some of these couples.
R
katesjolamiene uitoefen, is dit duidelik dat katesjolestra-gene deur bogenoemde reguleringsmeganisme 'n groot effek op katesjolamienvlakke kan uitoefen.
Laastens, ook op die vlak van die neurotransmitter-reseptor, toon katesjolestrogene spesifieke interaksies. Die bekende dopamienantagonis, 3H-spiroperiodol, word deur 2-hidroksiestradiol verplaas vanaf hipofisere dopaminerge reseptore met 'n inhibisie-konstante van 9 x 10-oM.'" Die affiniteit van 2-hidroksiestradiol vir die reseptor is na-genoeg net so groot soos die van dopamien self, en 'n fisiologiese ral vir hierdie interaksie Iyk dus baie moont-lik.
Katesjolestrogene kan dus teoreties die metabolisme, biosintese of werking van katesjolamiene beinvloed. Watter een van hierdie meganismes, indien enige, fisiologies rele-vant is, is egter geen uitgemaakte saak nie. Met die modeme tegnieke soos radio-immunoessai en hoe werk-verrigtings-vloeistofchromatografie behoort daar binne die afsienbare toekoms uitsluitsel gekry te word of katesjol-estrogene in die geval van die mens as blote metaboliete beskou moet word en of hierdie groep verbindings van fisiologiese of selfs kliniese belang kan wees.
ADDENDUM
Na aanvaarding van hierdie artikel het verdere bewyse van interaksies tussen katesjolestrogene en neurotransmitter-reseptore aan die lig gekom. Daar is gevind dat 2-hidroksi-estradiol (0.1 ,uM) in staat is om histamien-gestimuleerde sikliese 3,5-adenosien-monofosfaat (sAMP)-produksie in die hipotalamus te inhibeer.'" Die meganisme en belang
NUUS
EN KOMMENTAAR
INTESTINAL OBSTRUCTION DUE TO A PILL
BOTTLE DESICCANT
van hierdie interessante waarneming is nog onduidelik. In 'n ander belangrike onlangse publikasie is daar gevind dat 2-hidroksiestroon LH-sekresie in die estrogeen-behandelde hipogonadale vrou onderdruk.'" Sover bekend is hierdie die eerste eksperimentele demonstrasie van bio-logiese aktiwiteit van 'n kaiesjolestrogeen by die mens.
VERWYSTNGS 1. Fishman, J. (1963): J. clin. Endocr., 23, 207.
2. Chatroraj, S. C., Famous, A. S., Ceccbini, D. et al. (1978): Steroids, 31, 375.
3. Paul, S. M., Axelrod, J. en Diliberto, E. J. (1977): Endocrinology, 101, 1604.
4. Nurnazawa. M .. Soeda, N., Kiyeno, Y. et al. (1978): J. Steroid Biocbem., 10, 227.
5. Fishman. J. en Norton, B. (1974): Endocrinology, 96, 1054. 6. Ball, P.,' Haupt, M. en Knuppen, R. (1976): Acta endocr. (Kbh.), 87,
I.
7. Fishman, J., NaflOlin, F., Davies, T. J. et af. (1976): J. clin. Endocr., 42, 177.
8. B,ll. P. en Knuppen, R. (1978): Ibid., 47, 732. . 9. Gethman. U. en Knuppen, R. (1976): Hoppe-Seylers Z. phYSIOI.
Chem., 357, 1011. _ . 10. Naftolin, F., Morisbata. H., Davies, I. J. et af. (l97~): BlOchem.
Biopbys. Res. Cornm., 64, 905.
11. Gethrna~. U .. Ball. P. en Km'ppen, R. (1973): Acta endocr. (Kbh.), 87, bylae 215, bl. 102.
12. Parvizi, N. en Ellendorff, F. (1975): Nature, 256, 59. 13. Luuge, W. G. en Jasper. T. W. (1977): Life Sci., 20, 419. 14. Paul, S. M. en Skolnick. P. (1977): Nature, 266, 560.
15. Ball, P., Gelbke, H. P. en Knuppen, R. (1975): 1. clin. Endocr., 40, 406.
16. Emons. G., B,ll, P., Von Postel, G. et al. (1979): Acta endocr. 17. ~~r~;~~cr.I'CI5:~ Fishman, J. (1976): Steroids, 27, 325.
18. L1oyd. T., Weisz, J. en Breakefield, X. O. (1978): J. Neurochem., 31,245.
19. L1oyd. T. en Weisz, 1. (1978): J. bioI. Chem.. 253, 4841. 20. Schaeffer, J. M. en Hseuh. A. J. W. (1979): Ibid., 254, 5606.. 21. Portaleone, P., Genazi, E., Pagnini, G. et af. (1980): Bram Res.,
187,216. . .
22. Adashi, E. Y., Rakoff. J., Divers, W. et al. (1979): Ltfe Set., 25, 2051.
